МЕРЕЊА У ХИДРОТЕХНИЦИМоделирање рада водостана

Аутори:Душан СтаменковићМилош БрчкалоНебојша Стојанчић

Из чега се састојао наш задатак?

• Калибрација уређаја потребних за мерење (сонде, Томпсонов прелив)

• Мерење параметара потребних за модел рада водостана

• Модел рада водостана прављен у матлабу

Улога водостана у систему

• Да сачувају доводну и одводну деривацију од хидрауличког удара

• Да смање удар у цевоводу• Да олакшају регулисање турбине (пумпе) у нестационарним условима

• Да учине економичнијим довод и одвод(уколико је под притиском)

Место водостана у систему

Шема хидрауличког удара у систему без водостана и са њим

Основна шемаакумулација-тунел-водостан

3

2( )T TR V T T

dQ gA Q Qdt L D

λπ

= Π − Π −

♦Динамичка једначина за воду у тунелу

♦Јeдначина континуитета за чвор у комe је водостан: T V t u rQ Q Q= +

При томе је:1 ( )V

T t u rV

d Q Qd t AΠ

= −

МАТЕМАТИЧКИ

МОДЕЛ

Периоде и амплитуде осцилацијаДва случаја од посебног значаја:• Највећа позитивна амплитуда (пуна акумулација)• Највећа негативна амплитуда (кота мин РН у

акумулацији)

Осцилације нивоа у водостану при различитим протицајима

2 V

T

LAT

gAπ=Периода социлације :

Нумерички моделСтандардни начин дискретизовањаједначина математичког модела

1 1( )

n nn nV V

T turV

Z ZQ Q

t A

+ −= −

∆

11

3

2( )

2

n nn nn nV VT T T

T T

Z ZQ Q gAQ Q

t L Dλ

π

++ +−= − −

∆

Водостан са пригушивачем

Ovde važi, kada je 0 :VQ ≠

2 1,VΠ = Π ≠ Π 1 2 2 22V V

pr prpr

Q QE

gAξΠ = Π + ∆ = Π +

Утицај пригушивача на смањење осцилација нивоа у водостану

Нумерички модел водостана са пригушивачем

1 1 1 ( ) ;2

n nn nV V

T t u rV

Z Z Q Qt A

+ −−= −

∆

11

2 3

2( ) ;2 2

n nn nn nV V n nV VT T T

pr T Tpr

Q QZ ZQ Q gA Q Qt L gA D

λξπ

++ +−= − − −

∆

1 1 ;n nV T turQ Q Q+ += −

Калибрација уређаја и одређивање параметара

Директно и посредно мерење, мерни претварачи

- Apsolutno merenje je i ako se izvedena veličina dobije kao odnososnovnih veličina. Na primer: p=[ F/A] = [m ×g/A] ako se merimasa tega koji pravi pritisak p na površinu A.

- Apsolutno merenje ima najmanju mernu neizvesnost ali nije uvekzgodno da se sprovede. Zato se koriste merni pretvarači kojiposredno mere fizičku veličinu preko neke druge fizičke veličine. Zavisnost između ove dve veličine data je nekom funkcijom f ( p ). Funkcija f ( p ) mora da se odredi za svaki pojedini komadpretvaraca postupkom koji se zove kalibracija.

- Osnovna podela mernih pretvarača je prema energiji u koju se transformiše merna veličina :

Ø Mehanički (vodomer, manometar, rotametar ...)Ø Električni - induktivni manometri, kapacitivni nivometar, UZV

merač protoka, laserski anemometri, ...

Калибрација диференцијалне сонде- Пре било каквог мерења било је потребно калибрисати

диференцијалну сонду помоћу које ће бити мерена разлика притисака

Kalibraciona funkcija diferencijalne sonde

y = 1,36x + 0,0187

0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20 25dH (cm)

U (v)

Series1

Linear(Series1)

Проблеми приликом одређивањакарактеристике цевовода

-Увлачење ваздуха

-Неисправна апаратура

Како смо решили проблеме?

- Избегавањем прелома црева, пуштањем слабог протока кроз то црево и брзим монтирањем на апаратуру избацили смо заробљени ваздух

- Неисправна апаратура, на сву срећу, није утицала на мерење

Систем у раду

Резултат мерења: добијена је карактеристика цевовода

Карактеристика цевовода

00,050,1

0,150,2

0,250,3

0,008 0,009 0,01 0,011 0,012

Q (m3/s)

l

Series1

Expon. (Series1)

Све је било спремно за праћење осцилација нивоа у водостану

Систем

Шта смо урадили и шта смо добили?

• Помоћу две сонде праћена је на рачунару промена притиска и отвореност затварача при хидрауличком удару

•Мерења смо поновили више пута за различите протоке.

•ХУ је праћен на софтверу који је на два канала приказивао ове параметре као промене напона на осцилоскопу.

РезултатиQ=0.09 m3/s

Q=0.011 m3/sРезултати

Клип 1

Клип 2

РезултатиQ=0.0106 m3/s

Калибрација НМ у Матлабу

Лоше калибрисано Δt – модел је фазно померен

Калибрација НМ у Матлабу

Лоше процењено λ ефективно – не поклапа се амплитуда

Калибрација НМ у Матлабу

Коначно је подешен нумерички модел модел

Литература

- Мерења у хидротехници (скрипта) – доцент. др. Душан Продановић

- Рачунска хидраулика – проф. др. Марко Иветић

- Fluid Transients in Hydro-Electric Engineering Practice – Charles Jaeger

- Applied Hydraulic Transients for Hydropower Plants and Pumping Stations – Mihail Popescu, Dimitru Arsenie, Paul Vlase

Хвала на пажњи